JP7001483B2 - Axial gap type transverse flux type rotary electric machine - Google Patents

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Description

本発明は、回転軸の軸方向に固定子と回転子とを対向させて配置したアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機に関する。 The present invention relates to an axial gap type transverse flux type rotary electric machine in which a stator and a rotor are arranged so as to face each other in the axial direction of a rotating shaft.

回転電機であるモータの分類の1つとして、トランスバースフラックスモータ(TFM:Transverse Flux Motor)が知られる。トランスバースフラックスモータは、Wehにより1986年に提案された高トルク密度のモータである(例えば、非特許文献1を参照)。近年では、トルク密度が重視される分野において様々な研究開発が行われており、Wehが提案したモータを基に三巻線の三相モータを構成し、通常の三相インバータで駆動することができるラジアルギャップ型のトランスバースフラックスモータが提案されている(例えば、特許文献1を参照)。 A transverse Flux Motor (TFM) is known as one of the classifications of motors that are rotary electric machines. The transverse flux motor is a high torque density motor proposed by Weh in 1986 (see, for example, Non-Patent Document 1). In recent years, various researches and developments have been carried out in fields where torque density is important, and it is possible to construct a three-winding three-phase motor based on the motor proposed by Weh and drive it with a normal three-phase inverter. A possible radial gap type transverse flux motor has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

H. Weh and H. May, “Achievable force densities for permanent magnet excited machines in new configuration,” in International Conference on Electrical Machines - ICEM, Munchen, Sept. 1986, pp. 1107-1111.H. Weh and H. May, “Achievable force densities for permanent magnet excited machines in new configuration,” in International Conference on Electrical Machines --ICEM, Munchen, Sept. 1986, pp. 1107-1111.

特開2015-228730号公報JP-A-2015-228730

しかしながら、非特許文献1に記載されているように、元々、Wehによって提案されたトランスバースフラックスモータは、単相モータを円筒状の回転子の表裏に位相を90°ずらして配置した直交二相のトランスバースフラックスモータであり、その後提案されている従来の三相トランスバースフラックスモータは、インナーロータのラジアルギャップ型ばかりであった。インナーロータのラジアルギャップ型のモータの場合、電磁気回路として利用されている部分は、主に、固定子の内周部と回転子の外周部であり、軸中心部は有効利用されていない構造となる。一方、回転軸の軸方向に固定子と回転子とを対向させて配置したアキシャルギャップ型であれば、軸中心部を有効利用することができるため、ラジアルギャップ型に比べて小型化に有利である。 However, as described in Non-Patent Document 1, the transverse flux motor originally proposed by Weh is an orthogonal two-phase motor in which a single-phase motor is arranged on the front and back of a cylindrical rotor with a phase shift of 90 °. The conventional three-phase transverse flux motors that have been proposed since then have been the radial gap type of the inner rotor. In the case of the radial gap type motor of the inner rotor, the parts used as the electromagnetic circuit are mainly the inner peripheral part of the stator and the outer peripheral part of the rotor, and the shaft center part is not effectively used. Become. On the other hand, in the axial gap type in which the stator and the rotor are arranged so as to face each other in the axial direction of the rotating shaft, the central portion of the shaft can be effectively used, which is advantageous for miniaturization as compared with the radial gap type. be.

ところが、アキシャルギャップ型のトランスバースフラックスモータの技術開発は注力されてこなかった。また、モータに関して説明したが、発電機においても同様である。
本発明は、アキシャルギャップ型のトランスバースフラックス式回転電機を実現するための技術を提供することを目的に考案されたものである。
However, the technological development of axial gap type transverse flux motors has not been focused on. Further, although the motor has been described, the same applies to the generator.
The present invention has been devised for the purpose of providing a technique for realizing an axial gap type transverse flux type rotary electric machine.

上述した課題を解決するための第1の発明は、回転軸の軸方向に固定子と回転子とを対向させて配置したアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機であって、前記固定子は、前記回転軸を中心として同心円状に配置された径が異なる複数のコイル部と、最小径の前記コイル部の内側層、半径方向に隣り合う前記コイル部間のコイル間層、および最大径の前記コイル部の外側層、の各層において、トランスバースフラックス式回転電機としての磁気回路を形成可能な所定の配置間隔パターンで周方向に固定子鉄心突極部が離散的に配置された鉄心層と、を有し、前記回転子は、対向する前記複数のコイル部および前記鉄心層にわたる半径方向に所定の長さを有する永久磁石と回転子鉄心とを周方向に交互に配置して有する、アキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機である。 The first invention for solving the above-mentioned problems is an axial gap type transverse flux type rotary electric machine in which a stator and a rotor are arranged so as to face each other in the axial direction of a rotating shaft. A plurality of coil portions having different diameters arranged concentrically around the rotation axis, an inner layer of the coil portions having the minimum diameter, an intercoil layer between the coil portions adjacent to each other in the radial direction, and the maximum diameter. In each layer of the outer layer of the coil portion, the stator core layer in which the stator core salient poles are discretely arranged in the circumferential direction in a predetermined arrangement interval pattern capable of forming a magnetic circuit as a transverse flux type rotary electric machine, and the iron core layer. The rotor has an axial gap in which the plurality of facing coil portions, a permanent magnet having a predetermined length in the radial direction over the iron core layer, and a rotor core are alternately arranged in the circumferential direction. Type Transverse flux type rotary electric machine.

第1の発明によれば、従来に無いアキシャルギャップ型のトランスバースフラックス式回転電機を実現することができる。 According to the first invention, it is possible to realize an axial gap type transverse flux type rotary electric machine which has never existed before.

本発明に係るアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機によれば様々な作用効果が期待できる。例えば、回転電機をモータとして説明すると、モータの小型大トルク化のためには、一般的に極数を増やすのが良いとされるが、従来の非トランスバースフラックスモータの構造では、極数を増やすと巻線数が多くなるため、極数を増やす方策には限界がある。しかし、トランスバースフラックス式とすることで、巻線の数が極数と無関係となり、多極化による大出力化が容易となる。コイルの巻線数を増やす必要がないことは、永久磁石同期機として使用した場合の主要な損失である銅損を従来よりも低減できることにも繋がる。 According to the axial gap type transverse flux type rotary electric machine according to the present invention, various effects can be expected. For example, when a rotary electric machine is described as a motor, it is generally said that it is better to increase the number of poles in order to increase the size and torque of the motor, but in the structure of a conventional non-transverse flux motor, the number of poles is increased. Since the number of windings increases as the number of windings increases, there is a limit to the measures for increasing the number of poles. However, by adopting the transverse flux type, the number of windings becomes irrelevant to the number of poles, and it becomes easy to increase the output by increasing the number of poles. The fact that it is not necessary to increase the number of coil windings also leads to the fact that copper loss, which is a major loss when used as a permanent magnet synchronous machine, can be reduced more than before.

また、アキシャルギャップ型とすることで回転電機の軸中心部まで電磁気回路として有効利用できるため、ラジアルギャップ型に比べて小型化を実現できる。また、そもそもトランスバースフラックス式回転電機は、コイルエンドが無いため、この点も小型化に有利である。 In addition, the axial gap type can be effectively used as an electromagnetic circuit up to the center of the shaft of the rotary electric machine, so that the size can be reduced as compared with the radial gap type. Further, since the transverse flux type rotary electric machine does not have a coil end in the first place, this point is also advantageous for miniaturization.

第2の発明として、前記固定子鉄心突極部は、形成される前記磁気回路における前記各層の磁気抵抗が、所定の同程度条件を満たす大きさで構成されている、第1の発明のアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機を構成することとしてもよい。 As a second invention, the stator core salient pole portion is configured such that the magnetic resistance of each layer in the formed magnetic circuit satisfies a predetermined degree of degree condition. A gap type transverse flux type rotary electric machine may be configured.

第2の発明によれば、磁気回路における各層の磁気抵抗を揃えることで、相不均衡を抑制することができる。よって、例えばモータとして使用した場合に生じるであろうトルクリップルを抑制することができる。 According to the second invention, the phase imbalance can be suppressed by aligning the magnetic resistance of each layer in the magnetic circuit. Therefore, it is possible to suppress torque ripple that would occur when used as a motor, for example.

第3の発明は、前記配置間隔パターンが、周方向に隣り合う前記固定子鉄心突極部の配置間隔として、前記磁気回路を形成するための所定の標準電気角に対するオフセット角の有無乃至大きさを周期的に変化させたパターンである、第1又は第2の発明のアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機である。 In the third invention, the arrangement interval pattern has an offset angle with respect to a predetermined standard electric angle for forming the magnetic circuit as an arrangement interval of the stator core salient poles adjacent to each other in the circumferential direction. This is the axial gap type transverse flux type rotary electric machine of the first or second invention, which is a pattern in which the above is periodically changed.

第3の発明によれば、例えばモータとして使用した場合に生じ得るトルクリップルを抑制することができる。 According to the third invention, it is possible to suppress torque ripple that may occur when used as a motor, for example.

第4の発明として、前記永久磁石は、磁化方向が周方向であり、且つ、周方向に隣り合う前記永久磁石の磁化方向が正逆交互になるように配置された、第1~第3の何れかの発明のアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機を構成することとしてもよい。 As a fourth invention, the permanent magnets are arranged so that the magnetization directions are circumferential and the magnetization directions of the permanent magnets adjacent to each other in the circumferential direction alternate between forward and reverse. The axial gap type transverse flux type rotary electric machine of any of the inventions may be configured.

第4の発明によれば、回転子の永久磁石に生じる渦電流損失を低減することができる。 According to the fourth invention, the eddy current loss generated in the permanent magnet of the rotor can be reduced.

第5の発明は、前記固定子を前記回転軸の軸方向に挟むように配置された2つの前記回転子であって、前記固定子を対称面と見立てた場合に前記永久磁石および前記回転子鉄心の配置位置が面対称となるように構成された2つの前記回転子、を備えた第1~第4の何れかの発明のアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機である。 A fifth invention is two rotors arranged so as to sandwich the stator in the axial direction of the rotation axis, and the permanent magnet and the rotor when the stator is regarded as a plane of symmetry. The axial gap type transverse flux type rotary electric machine according to any one of the first to fourth inventions, comprising the two rotors configured so that the arrangement positions of the iron cores are plane-symmetrical.

第5の発明によれば、1つの固定子の表裏両面に対向させて2つの回転子を設けることができる。例えば、回転電機をモータとする場合には、サイズの増加を抑えつつ、出力トルクの向上を図ることができる。 According to the fifth invention, two rotors can be provided so as to face each other on both the front and back surfaces of one stator. For example, when a rotary electric machine is used as a motor, it is possible to improve the output torque while suppressing an increase in size.

第6の発明として、前記永久磁石は、磁化方向が周方向であり、且つ、周方向に隣り合う前記永久磁石の磁化方向が正逆交互になるように配置されており、前記2つの回転子において、前記面対称となる位置にある前記永久磁石の磁化方向が反対になるように配置された、第5の発明のアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機を構成することとしてもよい。 As a sixth invention, the permanent magnets are arranged so that the magnetization directions are circumferential and the magnetization directions of the permanent magnets adjacent to each other in the circumferential direction alternate between forward and reverse. In, the axial gap type transverse flux type rotary electric machine of the fifth invention may be configured, which is arranged so that the magnetization directions of the permanent magnets at the plane-symmetrical positions are opposite to each other.

第6の発明によれば、固定子の小型化が可能となる。従来のラジアルギャップ型のトランスバースフラックス式回転電機の構成では、固定子に対向する回転子は1つであり、磁束は固定子内を折り返して回転子へ至る格好となる。そのために、固定子には磁束が折り返すための磁路相当部分が必要となる。しかし、本発明のアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機では、2つの回転子が固定子を面対称の位置関係で挟んでいて、且つ、固定子を対称面と見立てた場合に永久磁石および回転子鉄心の配置位置が面対称となるように構成され、更に面対称となる位置にある永久磁石の磁化方向が反対になるように配置されている。このため、固定子には、ラジアルギャップ型の構成のときに必要とされた磁路相当部分を設ける必要がない。よって、その分、小型化を推し進めことができる。 According to the sixth invention, the stator can be miniaturized. In the configuration of the conventional radial gap type transverse flux type rotary electric machine, there is only one rotor facing the stator, and the magnetic flux folds back inside the stator to reach the rotor. Therefore, the stator needs a portion corresponding to a magnetic path for the magnetic flux to fold back. However, in the axial gap type transverse flux type rotary electric machine of the present invention, when the two rotors sandwich the stator in a plane-symmetrical positional relationship and the stator is regarded as a plane of symmetry, the permanent magnet and rotation are performed. The positions of the cores are arranged to be plane-symmetrical, and the permanent magnets at the positions to be plane-symmetrical are arranged so that the magnetization directions are opposite to each other. Therefore, it is not necessary to provide the stator with a magnetic path equivalent portion required in the radial gap type configuration. Therefore, it is possible to promote miniaturization by that amount.

第7の発明は、1つの前記固定子と当該固定子を挟むように配置された前記2つの回転子とを1組として、前記回転軸の軸方向に複数組配置した、第5又は第6の発明のアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機である。 In the seventh invention, one set of the stator and the two rotors arranged so as to sandwich the stator are set as one set, and a plurality of sets are arranged in the axial direction of the rotation axis, the fifth or the sixth. This is an axial gap type transverse flux type rotary electric machine according to the present invention.

第7の発明によれば、小型化と高出力化との両立を図ることができる。 According to the seventh invention, it is possible to achieve both miniaturization and high output.

第8の発明として、各組の前記回転子は、軸方向において前記永久磁石および前記回転子鉄心の配置位置が揃えて構成され、各組の前記固定子は、軸方向において前記固定子鉄心突極部の配置位置が周方向に所定の電気角分ずらして構成されている、第7の発明のアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機を構成することとしてもよい。 As an eighth invention, the rotor of each set is configured by aligning the arrangement positions of the permanent magnet and the rotor core in the axial direction, and the stator of each set has the stator core collision in the axial direction. The axial gap type transverse flux type rotary electric machine according to the seventh invention may be configured in which the positions of the poles are shifted by a predetermined electric angle in the circumferential direction.

第8の発明によれば、回転電機の相不均衡を低減し、回転電機の動作を滑らかにすることができる。 According to the eighth invention, the phase imbalance of the rotary electric machine can be reduced and the operation of the rotary electric machine can be smoothed.

第9の発明として、1つの前記固定子と当該固定子を挟むように配置された前記2つの回転子とを1組として、前記回転軸の軸方向に複数組配置し、各組の前記回転子は、軸方向において前記永久磁石および前記回転子鉄心の配置位置が揃えて構成され、且つ、軸方向に隣り合う組の前記永久磁石の磁化方向が反対になるように構成され、各組の前記固定子は、軸方向において前記固定子鉄心突極部の配置位置が周方向に所定の電気角分ずらして構成されている、第6の発明のアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機を構成することとしてもよい。 As a ninth invention, one stator and the two rotors arranged so as to sandwich the stator are set as one set, and a plurality of sets are arranged in the axial direction of the rotation axis, and the rotation of each set. The child is configured so that the positions of the permanent magnet and the rotor core are aligned in the axial direction, and the magnetization directions of the sets of the permanent magnets adjacent to each other in the axial direction are opposite to each other. The stator constitutes the axial gap type transverse flux type rotary electric machine of the sixth invention, which is configured such that the arrangement position of the stator core salient pole portion is displaced by a predetermined electric angle in the circumferential direction in the axial direction. You may do it.

第9の発明によれば、1つの固定子と当該固定子を挟む2つの回転子とを1組として、回転軸の軸方向に積層配置するレイアウトを採用するにあたり、隣接する各組の回転子磁石同士が発生する磁場を打ち消し合うことを回避することができ、小型大出力化に寄与できる。 According to the ninth invention, in adopting a layout in which one stator and two rotors sandwiching the stator are arranged in a stack in the axial direction of the rotation axis as one set, each set of rotors adjacent to each other is adopted. It is possible to avoid canceling each other's magnetic fields generated by the magnets, which contributes to a smaller size and higher output.

第10の発明として、前記固定子は、小径および大径の2つの前記コイル部を有し、前記鉄心層である前記内側層と前記コイル間層の間および前記コイル間層と前記外側層の間にそれぞれ電気角で120°の位相差が生じるように前記固定子鉄心突極部を配置することで、前記鉄心層である前記内側層、前記コイル間層および前記外側層に三相の磁束ベクトルを生じさせるように構成され、前記2つのコイル部をV結線することで、前記鉄心層である前記内側層、前記コイル間層および前記外側層に三相の磁束ベクトルが生じた場合に三相の起電力を発生させるように構成された、第1~第9の何れかの発明のアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機を構成することとしてもよい。 As a tenth invention, the stator has two coil portions having a small diameter and a large diameter, and is between the inner layer and the inter-coil layer, which are the iron core layers, and between the inter-coil layer and the outer layer. By arranging the stator core salient poles so that a phase difference of 120 ° is generated between them, a three-phase magnetic flux is generated in the inner layer, the intercoil layer, and the outer layer, which are the core layers. It is configured to generate a vector, and when the two coil portions are V-connected to generate a three-phase magnetic flux vector in the inner layer, the intercoil layer, and the outer layer, which are the iron core layers, three phases are generated. The axial gap type transverse flux type rotary electric machine according to any one of the first to ninth inventions, which is configured to generate a phase electromotive force, may be configured.

第10の発明によれば、大小2つのコイル部で三相巻線を構成し、回転電機として機能させることができる。よって、三相巻線を3つのコイル部で実現する構成よりも、構造を簡単化し、且つ、小型化を進めることができる。 According to the tenth invention, a three-phase winding can be formed by two large and small coil portions, and can function as a rotary electric machine. Therefore, the structure can be simplified and the size can be reduced as compared with the configuration in which the three-phase winding is realized by three coil portions.

第11の発明として、前記固定子は、小径および大径の2つの前記コイル部を有し、前記鉄心層である前記内側層と前記コイル間層の間および前記コイル間層と前記外側層の間にそれぞれ電気角で120°の位相差が生じるように前記固定子鉄心突極部を配置することで、前記鉄心層である前記内側層、前記コイル間層および前記外側層に三相の磁束ベクトルを生じさせるように構成され、前記複数組は、軸方向に第1組~第3組までの3組であり、前記第1組と第2組の固定子間および前記第2組と前記第3組の固定子間にそれぞれ電気角で300°の位相差が生じるように前記複数組の固定子が配置され、前記3組の前記コイル部は、小径のコイル部の他端同士が接続されて中性点が構成され、第1組の小径のコイル部の一端と第3組の大径のコイル部の他端とが接続され、第2組の小径のコイル部の一端と第1組の大径のコイル部の他端とが接続され、第3組の小径のコイル部の一端と第2組の大径のコイル部の他端とが接続され、大径のコイル部の一端それぞれが、回転電機の3相の端子に接続された、第9の発明のアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機を構成することとしてもよい。 As an eleventh invention, the stator has two coil portions having a small diameter and a large diameter, and is between the inner layer and the inter-coil layer, which are the iron core layers, and between the inter-coil layer and the outer layer. By arranging the stator core salient poles so that a phase difference of 120 ° is generated between them, a three-phase magnetic flux is generated in the inner layer, the intercoil layer, and the outer layer, which are the core layers. The plurality of sets are configured to generate a vector, and the plurality of sets are three sets from the first set to the third set in the axial direction, and between the first set and the second set of stators and the second set and the above. The plurality of sets of stators are arranged so that a phase difference of 300 ° is generated between the third sets of stators, respectively, and the other ends of the small-diameter coil portions are connected to the coil portions of the three sets. A neutral point is formed, one end of the first set of small-diameter coil portions and the other end of the third set of large-diameter coil portions are connected, and one end of the second set of small-diameter coil portions and the first set. The other end of the large-diameter coil part of the set is connected, one end of the small-diameter coil part of the third set and the other end of the large-diameter coil part of the second set are connected, and one end of the large-diameter coil part is connected. Each of them may constitute the axial gap type transverse flux type rotary electric machine of the ninth invention, which is connected to the three-phase terminals of the rotary electric machine.

第11の発明によれば、Y結線による三相トランスバースフラックス式回転電機を実現することができる。 According to the eleventh invention, it is possible to realize a three-phase transverse flux type rotary electric machine by Y connection.

第1実施形態のアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機における固定子及び回転子周りの構成例を説明するための斜視図。The perspective view for demonstrating the structural example around the stator and the rotor in the axial gap type transverse flux type rotary electric machine of 1st Embodiment. 第1組の構成例を示す(1)斜視外観図、(2)分解図。(1) perspective external view and (2) exploded view which show the structural example of 1st set. 回転子の永久磁石の磁化方向を説明するための図。The figure for demonstrating the magnetization direction of a permanent magnet of a rotor. 第1実施形態における、内側層固定子鉄心突極部と、コイル間層固定子鉄心突極部と、外側層固定子鉄心突極部とが構成する配置間隔パターンを説明するための図。The figure for demonstrating the arrangement interval pattern which comprises the inner layer stator core salient pole part, the intercoil layer stator core salient pole part, and the outer layer stator core salient pole part in 1st Embodiment. 第1実施形態におけるコイル部(巻線部)の結線関係を説明するための図。The figure for demonstrating the connection relation of the coil part (winding part) in 1st Embodiment. 第1組,第2組、第3組それぞれで生じる(1)磁束ベクトルと、(2)電圧ベクトルを示す図。The figure which shows (1) magnetic flux vector and (2) voltage vector generated in each of the 1st set, the 2nd set, and the 3rd set. 第2実施形態における固定子の構成例を示す、回転軸方向から見た正面図。The front view which showed the structural example of the stator in 2nd Embodiment, and was seen from the rotation axis direction. 第2実施形態における固定子鉄心突極部の配置間隔パターンを説明するための図。The figure for demonstrating the arrangement interval pattern of the stator core salient pole part in 2nd Embodiment. 第2実施形態における固定子の斜視部分拡大図であって、(1)各鉄心層の回転子鉄心突極部のギャップ面の面積が同じになるように設定した比較用の例、(2)コイルを径方向にオフセットし、固定子鉄心突極部を周方向にオフセットした構成例、を示す図。It is an enlarged view of the perspective portion of the stator in the second embodiment, and is (1) a comparative example in which the area of the gap surface of the rotor core salient pole portion of each iron core layer is set to be the same, (2). The figure which shows the configuration example which offset the coil in the radial direction and offset the stator core salient pole part in the circumferential direction. 第2実施形態における磁界解析の結果を示すグラフであって、固定子の構成違いによるトルクの計算結果を示すグラフ。It is a graph which shows the result of the magnetic field analysis in 2nd Embodiment, and is the graph which shows the calculation result of the torque by the composition difference of the stator. 第2実施形態における磁界解析の結果を示すグラフであって、固定子鉄心突極部の周方向オフセット量を変更した場合のトルクの計算結果を示すグラフ。It is a graph which shows the result of the magnetic field analysis in 2nd Embodiment, and is the graph which shows the calculation result of the torque when the circumferential offset amount of the stator core salient pole portion is changed. 回転子の構成の変形例を示す図。The figure which shows the modification of the structure of a rotor. 固定子の構成の変形例を示す図。The figure which shows the modification of the structure of a stator. 固定子鉄心突極部の配置間隔パターンの例を示す図。The figure which shows the example of the arrangement interval pattern of the stator core salient pole part. スキューを適用する場合の説明図。Explanatory diagram when applying skew.

以下、本発明を適用した実施形態の例を説明するが、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限られないことは勿論である。 Hereinafter, examples of embodiments to which the present invention is applied will be described, but it goes without saying that the embodiments to which the present invention can be applied are not limited to the following embodiments.

〔第1実施形態〕
図1は、本発明が適用された第1実施形態のアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機(以下、略して「ATF回転電機」と言う。)における固定子及び回転子周りの構成例を説明するための斜視図である。なお、構成の理解を容易にするために、回転軸本体や、電気配線、支持構造体との連結構造部の図示は省略している。また、ATF回転電機は、モータ(電動機)および発電機の両方の用途に使用可能であるが、理解を容易にするために、作用効果を説明する場合にはモータとしての作用効果を中心に説明する。
[First Embodiment]
FIG. 1 describes a configuration example around a stator and a rotor in an axial gap type transverse flux type rotary electric machine (hereinafter, abbreviated as “ATF rotary electric machine”) according to the first embodiment to which the present invention is applied. It is a perspective view for doing. In addition, in order to facilitate understanding of the configuration, the illustration of the rotating shaft main body, the electrical wiring, and the connecting structure portion with the support structure is omitted. Further, the ATF rotary electric machine can be used for both motors (motors) and generators, but in order to facilitate understanding, when explaining the action and effect, the action and effect as a motor will be mainly described. do.

本実施形態のATF回転電機10は、回転軸19の軸方向に、第1組11と、第2組12と、第3組13とを配列した構造を有する。第1組11、第2組12、第3組13は、基本的には同じ構成を有しており、それぞれが単体のアキシャルギャップ型トランスバースフラックスモータ又は同発電機として機能し得る。そして、これらの3つの組が図示されない回転軸19並びに図示されない支持構造体とで連結されてATF回転電機10は、一体のモータ又は発電機として機能するようにデザインされている。 The ATF rotary electric machine 10 of the present embodiment has a structure in which the first set 11, the second set 12, and the third set 13 are arranged in the axial direction of the rotating shaft 19. The first set 11, the second set 12, and the third set 13 have basically the same configuration, and each of them can function as a single axial gap type transverse flux motor or the same generator. The ATF rotary electric machine 10 is designed to function as an integral motor or generator by connecting these three sets with a rotary shaft 19 (not shown) and a support structure (not shown).

図2は、第1組11の構成例を示す(1)斜視外観図、(2)分解図である。なお、構成の理解を容易にするために、回転軸や、電気配線、支持構造体との連結構造部の図示は省略している。 FIG. 2 is a (1) perspective external view and (2) exploded view showing a configuration example of the first set 11. In addition, in order to facilitate understanding of the configuration, the rotation shaft, the electrical wiring, and the connection structure portion with the support structure are not shown.

第1組11は、2つの回転子20で1つの固定子30を回転軸方向(図2の左右方向)に挟んで構成される。 The first set 11 is configured by sandwiching one stator 30 by two rotors 20 in the rotation axis direction (left-right direction in FIG. 2).

1つの回転子20は、全体として、回転軸方向の厚さが薄く回転軸を中心としたドーナツ形の薄円環形状を有しており、回転軸方向から見て扇型の永久磁石22及び回転子鉄心24が、円周方向に交互に配置されている。本実施形態では、永久磁石22(図中の網掛け部)が36個用意されている。 As a whole, one rotor 20 is thin in the rotation axis direction and has a donut-shaped thin annular shape centered on the rotation axis, and is a fan-shaped permanent magnet 22 and a fan-shaped permanent magnet 22 when viewed from the rotation axis direction. Rotor cores 24 are arranged alternately in the circumferential direction. In this embodiment, 36 permanent magnets 22 (shaded portions in the figure) are prepared.

永久磁石22は、ネオジム磁石、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、などタイプは適宜選択可能である。
回転子鉄心24は、絶縁被膜された鉄粉等の磁性材粒子を圧縮成形、或いは、磁性材粒子と絶縁材粒子とを混合して圧縮成形するなどして作られる圧粉磁心とする。すなわち、トランスバースフラックス式では磁束の流れが3次元的になり、且つ流れの方向が時々刻々と変化するため、回転子鉄心を通常のモータ等で使用される電磁鋼板の積層ではなく圧粉磁心とすることで、渦電流損失を低減することができる。
The type of the permanent magnet 22 can be appropriately selected, such as a neodymium magnet, a samarium cobalt magnet, and an alnico magnet.
The rotor core 24 is a dust core made by compression-molding magnetic material particles such as iron powder coated with an insulating film, or compression-molding by mixing magnetic material particles and insulating material particles. That is, in the transverse flux type, the flow of the magnetic flux becomes three-dimensional and the direction of the flow changes from moment to moment. By doing so, the eddy current loss can be reduced.

永久磁石22と回転子鉄心24は、想定される運転状況において十分な強度を確保するように結合されている。結合方式は適宜選択可能である。例えば、接着や凹凸嵌合による機械的結合でも良い。また、回転子20の表裏面の少なくとも何れかに同様の薄ドーナツ形の支持板部材(例えば、FRPやステンレス板、セラミックなどを使用。)を別途用意して、当該支持部材に対して接着や機械的な結合をするとしてもよい。 The permanent magnet 22 and the rotor core 24 are coupled so as to secure sufficient strength under the assumed operating conditions. The joining method can be appropriately selected. For example, it may be mechanically bonded by adhesion or uneven fitting. Further, a similar thin donut-shaped support plate member (for example, FRP, stainless steel plate, ceramic, etc.) is separately prepared on at least one of the front and back surfaces of the rotor 20 and adhered to the support member. It may be mechanically bonded.

図3は、回転子20の永久磁石22の磁化方向を説明するための図である。なお、便宜上、永久磁石22及び回転子鉄心24の数を限定して描いている。 FIG. 3 is a diagram for explaining the magnetization direction of the permanent magnet 22 of the rotor 20. For convenience, the number of permanent magnets 22 and rotor cores 24 is limited.

本実施形態の回転子20では、永久磁石22の端部に描かれた短い矢印が示すように磁化されている。すなわち、周方向に隣り合う永久磁石22が、周方向に沿って交互に正方向/逆方向を向くように磁化されている。 In the rotor 20 of the present embodiment, the rotor 20 is magnetized as shown by a short arrow drawn on the end of the permanent magnet 22. That is, the permanent magnets 22 adjacent to each other in the circumferential direction are magnetized so as to alternately face the forward direction / the reverse direction along the circumferential direction.

そして、図2に示すように、2つある回転子20は、固定子30を対称面と見立てた場合に永久磁石22及び回転子鉄心24の配置位置が面対称となるように構成されている。2つの回転子20は、固定子30を対称面と見立てた場合に永久磁石22及び回転子鉄心24の配置位置が面対称となり、且つ、面対称となる位置にある永久磁石22の磁化方向が反対になるように構成されている。(図2では、一部の永久磁石22にて吹き出しでその磁化方向の関係を示している。) As shown in FIG. 2, the two rotors 20 are configured so that the arrangement positions of the permanent magnet 22 and the rotor core 24 are plane-symmetrical when the stator 30 is regarded as a plane of symmetry. .. In the two rotors 20, when the stator 30 is regarded as a plane of symmetry, the positions of the permanent magnets 22 and the rotor core 24 are plane-symmetrical, and the magnetization directions of the permanent magnets 22 at the positions that are plane-symmetrical are different. It is configured to be the opposite. (In FIG. 2, some permanent magnets 22 are blown out to show the relationship of their magnetization directions.)

従来のラジアルギャップ型の三相トランスバースフラックス式回転電機の一般的な構成では、固定子30に対向する回転子20は1つであり、磁束は固定子30内を折り返して回転子20へ至る格好となる。そのために、固定子30には磁束が折り返すための磁路相当部分が必要となる。しかし、本実施形態では、2つ回転子20が、磁化方向が反対となる永久磁石22で固定子30を面対称の関係で挟んでいるので、固定子30に当該磁路相当部分を設けなくて済む。その分、小型化を推し進めことができる。 In the general configuration of a conventional radial gap type three-phase transverse flux type rotary electric machine, there is only one rotor 20 facing the stator 30, and the magnetic flux folds back inside the stator 30 to reach the rotor 20. It will look good. Therefore, the stator 30 needs a portion corresponding to a magnetic path for the magnetic flux to fold back. However, in the present embodiment, since the two rotors 20 sandwich the stator 30 with permanent magnets 22 having opposite magnetization directions in a plane-symmetrical relationship, the stator 30 is not provided with a portion corresponding to the magnetic path. It's done. By that amount, miniaturization can be promoted.

なお、本実施形態では、図1に示すように、1つの固定子30と当該固定子30を挟むように配置された2つの回転子20とを1組とする第1組11・第2組12・第3組13の合計3組が回転軸方向に積層配置されている。これら各組の回転子20は、軸方向において永久磁石22及び回転子鉄心24の配置位置が揃えて構成され、且つ、軸方向に隣り合う組の永久磁石22の磁化方向が丁度反対になるように構成されている(図1では、網掛け表示された永久磁石22の一部にて、短い矢印で磁化方向の例を図示している。)。これにより、隣接する組の回転子20の磁石同士がお互いの磁場を打ち消し合うことを回避している。 In this embodiment, as shown in FIG. 1, the first set 11 and the second set include one stator 30 and two rotors 20 arranged so as to sandwich the stator 30. A total of three sets of 12 and the third set 13 are stacked and arranged in the direction of the rotation axis. Each of these sets of rotors 20 is configured so that the permanent magnets 22 and the rotor core 24 are arranged in the same axial direction, and the magnetization directions of the sets of permanent magnets 22 adjacent to each other in the axial direction are exactly opposite to each other. (In FIG. 1, a part of the permanent magnet 22 shaded and displayed is illustrated by a short arrow in an example of the magnetization direction). This prevents the magnets of the adjacent sets of rotors 20 from canceling each other's magnetic fields.

次に、固定子30について説明する。
図2に示すように、固定子30は、全体としては回転子20と同様の形状、すなわち回転軸方向に薄いドーナツ型を有している。具体的には、第1コイル部31と、第2コイル部32と、内側鉄心層33と、コイル間鉄心層34と、外側鉄心層35と、を有する。そして、内側層固定子鉄心突極部33tと、コイル間層固定子鉄心突極部34tと、外側層固定子鉄心突極部35tとについては、トランスバースフラックス式回転電機としての磁気回路を形成可能な所定の配置間隔パターンを構成している。本実施形態における固定子鉄心突極部33t,34t、35tは、それぞれが独立した鉄心であるため、それぞれを固定子鉄心と呼ぶこともできるが、一体化した上で、回転子20との対向面に向けて突極した形態に構成することも可能である。
Next, the stator 30 will be described.
As shown in FIG. 2, the stator 30 has a shape similar to that of the rotor 20 as a whole, that is, a donut shape thin in the rotation axis direction. Specifically, it has a first coil portion 31, a second coil portion 32, an inner core layer 33, an intercoil core layer 34, and an outer core layer 35. The inner layer stator core salient pole portion 33t, the intercoil layer stator core salient pole portion 34t, and the outer layer stator core salient pole portion 35t form a magnetic circuit as a transverse flux type rotary electric machine. It constitutes a possible predetermined arrangement interval pattern. Since the stator core salient poles 33t, 34t, and 35t in the present embodiment are independent iron cores, they can be called stator cores, but they are integrated and face the rotor 20. It is also possible to configure it in a form that is projected toward the surface.

第1コイル部31は、回転軸19を中心とする本実施形態における最小径のコイルの巻線部である。巻回数は適宜設定可能である。
第2コイル部32は、第1コイル部31と同心円で第1コイル部31の外側に配置された本実施形態における最大径のコイル巻線部である。巻回数は適宜設定可能である。
The first coil portion 31 is a winding portion of the coil having the smallest diameter in the present embodiment centered on the rotating shaft 19. The number of turns can be set as appropriate.
The second coil portion 32 is a coil winding portion having the maximum diameter in the present embodiment, which is concentric with the first coil portion 31 and is arranged outside the first coil portion 31. The number of turns can be set as appropriate.

第1コイル部31及び第2コイル部32については、発熱密度を同程度にする観点から、コイルの素線断面寸法を同一とし、三相平衡な回路を構成する観点から巻回数は同一とする。そして、コイルの径方向の幅や軸方向の幅は同一とされている。 For the first coil portion 31 and the second coil portion 32, the wire cross-sectional dimensions of the coils are the same from the viewpoint of making the heat generation density the same, and the number of turns is the same from the viewpoint of constructing a three-phase balanced circuit. .. The radial width and the axial width of the coil are the same.

内側鉄心層33は、第1コイル部31の内側層(すなわち第1コイル部31の内周面)に沿って離散的に配置された18個の内側層固定子鉄心突極部33tを有する。
コイル間鉄心層34は、第1コイル部と第2コイル部32との間に円周方向に沿って離散的に配置された18個のコイル間層固定子鉄心突極部34tを有する。
外側鉄心層35は、第2コイル部32の外側層(すなわり第2コイル部32の外周面)に沿って離散的に配置された18個の外側層固定子鉄心突極部35tを有する。
The inner core layer 33 has 18 inner layer stator core salient poles 33t discretely arranged along the inner layer of the first coil portion 31 (that is, the inner peripheral surface of the first coil portion 31).
The intercoil core layer 34 has 18 intercoil layer stator core salient pole portions 34t discretely arranged along the circumferential direction between the first coil portion and the second coil portion 32.
The outer core layer 35 has 18 outer layer stator core salient poles 35t discretely arranged along the outer layer of the second coil portion 32 (that is, the outer peripheral surface of the second coil portion 32). ..

トランスバースフラックス式では磁束の流れが3次元的になり、且つ流れの方向が時々刻々と変化するため、本実施形態の固定鉄心の突極部は、渦電流損失を低減の観点から固定子鉄心24と同様に圧粉磁心で構成される。但し、図1のような構成した場合には、固定子鉄心内の磁場の流れは基本的に軸方向となるため、例えば径方向に積層した電磁鋼板を鉄心とすることもできる。その場合、磁場の流れが一方向であるため、回転電機で通常用いられる無方向性電磁鋼板では無く、方向性電磁鋼板を用いることで性能の向上を図ることができる。また、製造を容易にするために同一形状に打ち抜いた電磁鋼板を積層して、ギャップ面における形状が長方形となる鉄心を形成してもよい。 In the transverse flux type, the flow of the magnetic flux becomes three-dimensional and the direction of the flow changes from moment to moment. Therefore, the salient pole portion of the fixed core of the present embodiment is a stator core from the viewpoint of reducing eddy current loss. Similar to 24, it is composed of a dust core. However, in the case of the configuration as shown in FIG. 1, since the flow of the magnetic field in the stator core is basically in the axial direction, for example, an electromagnetic steel sheet laminated in the radial direction can be used as the iron core. In that case, since the flow of the magnetic field is unidirectional, the performance can be improved by using the grain-oriented electrical steel sheet instead of the non-oriented electrical steel sheet normally used in the rotary electric machine. Further, in order to facilitate manufacturing, electromagnetic steel sheets punched into the same shape may be laminated to form an iron core having a rectangular shape on the gap surface.

また、内側層固定子鉄心突極部33t、コイル層固定子鉄心突極部34t及び外側層固定子鉄心突極部35tは、それぞれが磁気回路の一部を形成するため、各層における固定子鉄心(鉄心突極部)の磁気抵抗が、所定の同程度条件を満たす大きさとなるように構成されている。具体的には、軸方向に垂直な断面の面積が等しく又は略等しくなるように設定されている。これにより、各層における固定子鉄心(鉄心突極部)の磁気抵抗が均等化され、相不平衡を抑制する効果が期待できる。 Further, since the inner layer stator core salient pole portion 33t, the coil layer stator core salient pole portion 34t, and the outer layer stator core salient pole portion 35t each form a part of the magnetic circuit, the stator core in each layer. The magnetic resistance of the (iron core salient pole portion) is configured to have a magnitude that satisfies a predetermined degree of satisfaction. Specifically, the areas of the cross sections perpendicular to the axial direction are set to be equal or substantially equal. As a result, the magnetic resistance of the stator core (iron core salient pole) in each layer is equalized, and the effect of suppressing phase imbalance can be expected.

具体的には、内側層固定子鉄心突極部33t、コイル間層固定子鉄心突極部34t、及び外側層固定子鉄心突極部35tの形状(回転軸方向から見た形状)は、外周側及び内周側が環状の部分弧を描く扇形状となる。その中心角は各層間で同一とする必要があるため、外半径の自乗と内半径の自乗の差が一定値となるように、各半径を決定することで面積が等しくなるようにしている。 Specifically, the shapes of the inner layer stator core salient pole portion 33t, the intercoil layer stator core salient pole portion 34t, and the outer layer stator core salient pole portion 35t (shape seen from the rotation axis direction) are outer circumferences. The side and the inner peripheral side have a fan shape that draws an annular partial arc. Since the central angle must be the same between the layers, the areas are made equal by determining each radius so that the difference between the square of the outer radius and the square of the inner radius is a constant value.

固定子30におけるコイル部及び固定子鉄心の機械的結合方法は適宜選択可能である。例えば、直接的な接着、樹脂モールド成形、などが考えられる。また、固定子30の表裏面又は内部に同様の薄板状のドーナツ形の支持構造体(例えば、FRP、セラミック板、スレンレス板、などを使用。)を追加した構成とし、当該支持構造体に設けた凹部又は貫通孔に固定子鉄心やコイル部を嵌め込んで組み立てるとしてもよい。例えば、薄板状のドーナツ形の支持構造体2枚を固定子30の表裏として用い、当該支持構造体に設けた凹部に固定子鉄心やコイル部を嵌め込む構成や、薄板状のドーナツ形の支持構造体1枚を真ん中にして、当該支持構造体に設けた固定子鉄心配置用の貫通孔に固定子鉄心を配置するとともにコイル部の巻線を当該支持構造体の表裏それぞれに配置する構成、等が考えられる。 The mechanical coupling method of the coil portion and the stator core in the stator 30 can be appropriately selected. For example, direct adhesion, resin molding, etc. can be considered. Further, a similar thin plate-shaped donut-shaped support structure (for example, FRP, ceramic plate, slenderless plate, etc.) is added to the front and back surfaces or the inside of the stator 30, and the support structure is provided. It may be assembled by fitting a stator core or a coil portion into a recess or a through hole. For example, two thin plate-shaped donut-shaped support structures are used as the front and back of the stator 30, and the stator core and coil portion are fitted into the recesses provided in the support structure, or the thin plate-shaped donut-shaped support is supported. With one structure in the center, the stator core is placed in the through hole for arranging the stator core provided in the support structure, and the windings of the coil portion are placed on the front and back sides of the support structure. Etc. are conceivable.

図4は、本実施形態における、内側層固定子鉄心突極部33tと、コイル間層固定子鉄心突極部34tと、外側層固定子鉄心突極部35tとが構成する配置間隔パターンを説明するための図である。 FIG. 4 illustrates an arrangement interval pattern composed of the inner layer stator core salient pole portion 33t, the intercoil layer stator core salient pole portion 34t, and the outer layer stator core salient pole portion 35t in the present embodiment. It is a figure for doing.

内側層固定子鉄心突極部33t、コイル間層固定子鉄心突極部34t、及び外側層固定子鉄心突極部35tそれぞれに記されたU/V/Wの記号は、回転子20が回転したと仮定した場合に、永久磁石22が図の左から右に相対的に流れることで、各固定子鉄心に流れる磁束の位相を表している(U-V,V-W、W-U間でそれぞれ120°の位相差)。 The U / V / W symbol written on each of the inner layer stator core salient pole 33t, the intercoil layer stator core salient pole 34t, and the outer layer stator core salient pole 35t is the rotation of the rotor 20. Assuming that the permanent magnet 22 flows relatively from the left to the right in the figure, it represents the phase of the magnetic flux flowing through each stator core (between UV, VW, and WW). 120 ° phase difference each).

さて、内側層固定子鉄心突極部33tは、内側層の周方向に隣接する固定子鉄心突極部間が電気角360°を成すように離散的に配置されている。同様にして、コイル間層固定子鉄心突極部34tも、コイル間層の周方向に隣接する固定子鉄心突極部間で電気角360°を成すように、外側層固定子鉄心突極部35tは外側層の周方向に隣接する固定子鉄心突極部間で電気角360°を成すように、配置されている(図4参照)。 The inner layer stator core salient poles 33t are discretely arranged so that the stator core salient poles adjacent to each other in the circumferential direction of the inner layer form an electric angle of 360 °. Similarly, the outer layer stator core salient pole portion 34t also forms an electric angle of 360 ° between the stator core salient poles adjacent to each other in the circumferential direction of the coil inter-layer stator core salient pole portion. The 35t is arranged so as to form an electric angle of 360 ° between the stator core salient poles adjacent to each other in the circumferential direction of the outer layer (see FIG. 4).

そして、径方向に隣接する、内側層固定子鉄心突極部33tと、コイル間層固定子鉄心突極部34tと、外側層固定子鉄心突極部35tとに着目すると、これら3つの固定子鉄心突極部は同じ電気角360°内に納まるように配置されている。具体的には、内側層固定子鉄心突極部33tと、コイル間層固定子鉄心突極部34tと、外側層固定子鉄心突極部35tとは、それぞれが周方向に電気角120°の長さを有して周方向に順番に120°ずつずらすように配置して構成されている。 Focusing on the inner layer stator core salient pole 33t, the intercoil layer stator core salient pole 34t, and the outer layer stator core salient pole 35t, which are adjacent in the radial direction, these three stators The iron core salient poles are arranged so as to be within the same electric angle of 360 °. Specifically, the inner layer stator core salient pole portion 33t, the intercoil layer stator core salient pole portion 34t, and the outer layer stator core salient pole portion 35t each have an electrical angle of 120 ° in the circumferential direction. It has a length and is arranged so as to be sequentially shifted by 120 ° in the circumferential direction.

また、図1に示すように、第1組11,第2組12、第3組13それぞれの回転軸19の周方向のオフセットに着目すると、第1組11の外側層固定子鉄心突極部35tと、第2組12の外側層固定子鉄心突極部35tとは、相対的に電気角300°(=120°+180°)を成すように構成されている。同様に、第2組12の外側層固定子鉄心突極部35tと、第3組13の外側層固定子鉄心突極部35tとが相対的に電気角300°を成すように構成されている。これにより、ATF回転電機10をモータとして使用した場合に、外部出力されるトルク脈動を低減している。 Further, as shown in FIG. 1, focusing on the offset in the circumferential direction of the rotation axis 19 of each of the first set 11, the second set 12, and the third set 13, the outer layer stator core salient pole portion of the first set 11 The 35t and the outer layer stator core salient pole portion 35t of the second set 12 are configured to form a relative electric angle of 300 ° (= 120 ° + 180 °). Similarly, the outer layer stator core salient pole portion 35t of the second set 12 and the outer layer stator core salient pole portion 35t of the third set 13 are configured to form a relative electric angle of 300 °. .. As a result, when the ATF rotary electric machine 10 is used as a motor, the torque pulsation output to the outside is reduced.

図5は、本実施形態におけるコイル部(巻線部)の結線関係を説明するための図である。図中のU相・V相・W相の表記は、本実施形態のATF回転電機10を3相モータとして使用する場合に印加する電流の各相を表している。また、図中の短い矢印は各相においてプラスの電流が流れた場合の電流の向きを表している。 FIG. 5 is a diagram for explaining the connection relationship of the coil portion (winding portion) in the present embodiment. The notation of U phase, V phase, and W phase in the figure represents each phase of the current applied when the ATF rotary electric machine 10 of this embodiment is used as a three-phase motor. In addition, the short arrows in the figure indicate the direction of the current when a positive current flows in each phase.

本実施形態のATF回転電機10には、外部からU相・V相・W相の3本の入力線が引き込まれて、Y結線されている。 Three input lines, U-phase, V-phase, and W-phase, are drawn from the outside into the ATF rotary electric machine 10 of the present embodiment and are Y-connected.

U相に流れるプラスの電流は、第1組11の第2コイル部32に入って、第1組11側の回転軸側(図5の左手)から見て反時計回りに巡り、第2組12の第1コイル部31に入る向きとなる。そして、第2組12の第1コイル部31を、第1組11側の回転軸側から見て反時計回りに巡って、中性点へ抜ける。 The positive current flowing in the U phase enters the second coil portion 32 of the first set 11 and circulates counterclockwise when viewed from the rotation axis side (left hand in FIG. 5) on the first set 11 side, and the second set. It is oriented toward entering the first coil portion 31 of the twelve. Then, the first coil portion 31 of the second set 12 goes around counterclockwise when viewed from the rotation axis side of the first set 11 side, and exits to the neutral point.

V相に流れるプラスの電流は、第2組12の第2コイル部32に入って、第1組11側の回転軸側から見て反時計回りに巡り、第3組13の第1コイル部31に入る向きとなる。そして、第3組13の第1コイル部31を、第1組11側の回転軸側から見て反時計回りに巡って、中性点へ抜ける。 The positive current flowing in the V phase enters the second coil portion 32 of the second set 12 and circulates counterclockwise when viewed from the rotation axis side of the first set 11 side, and the first coil portion of the third set 13 It will be in the direction of entering 31. Then, the first coil portion 31 of the third set 13 is turned counterclockwise when viewed from the rotation axis side of the first set 11 side, and exits to the neutral point.

W相に流れるプラスの電流は、第3組13の第2コイル部32に入って、第1組11側の回転軸側から見て反時計回りに巡り、第1組11の第1コイル部31に入る向きとなる。そして、第1組11の第1コイル部31を、第1組11側の回転軸側から見て反時計回りに巡って、中性点へ抜ける。 The positive current flowing in the W phase enters the second coil portion 32 of the third set 13 and circulates counterclockwise when viewed from the rotation axis side of the first set 11 side, and the first coil portion of the first set 11 It will be in the direction of entering 31. Then, the first coil portion 31 of the first set 11 goes around counterclockwise when viewed from the rotation axis side of the first set 11 side, and exits to the neutral point.

図6は、図5に示した結線関係において、第1組11,第2組12、第3組13それぞれに生じる(1)磁束ベクトルと、(2)電圧ベクトルを示す図である。すなわち、第1組11,第2組12、第3組13それぞれの組における結線関係に着目すると、その内側鉄心層33、コイル間鉄心層34及び外側鉄心層35に三相の磁束ベクトルが生じることで巻線端子に三相電圧を生じさせている。 FIG. 6 is a diagram showing (1) a magnetic flux vector and (2) a voltage vector generated in each of the first set 11, the second set 12, and the third set 13 in the wiring relationship shown in FIG. That is, focusing on the wiring relationship in each of the first set 11, the second set 12, and the third set 13, a three-phase magnetic flux vector is generated in the inner core layer 33, the intercoil core layer 34, and the outer core layer 35. As a result, a three-phase voltage is generated in the winding terminal.

以上、本実施形態によれば、従来に無い、アキシャルギャップ型の三相ATF回転電機を実現する技術を提案できる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to propose a technique for realizing an axial gap type three-phase ATF rotary electric machine, which has never existed in the past.

本実施形態に係るATF回転電機10によれば様々な作用効果が期待できる。例えば、回転電機をモータとして説明すると、モータの小型大トルク化のためには、一般的に極数を増やすのが良いとされるが、従来の非トランスバースフラックスモータの構造では、極数を増やすと巻線数が多くなるため、極数を増やす方策は小型化に反する。しかし、トランスバースフラックス式とすることで、巻線の数が極数と無関係となり、多極化による大トルク化が容易となる。コイルの巻線数を増やす必要がないことは、永久磁石同期機として使用した場合の主要な損失である銅損を従来よりも低減できることにも繋がる。 According to the ATF rotary electric machine 10 according to the present embodiment, various effects can be expected. For example, when a rotary electric machine is described as a motor, it is generally said that it is better to increase the number of poles in order to increase the size and torque of the motor, but in the structure of a conventional non-transverse flux motor, the number of poles is increased. Since the number of windings increases as the number of windings increases, the measure of increasing the number of poles goes against miniaturization. However, by adopting the transverse flux type, the number of windings becomes irrelevant to the number of poles, and it becomes easy to increase the torque by increasing the number of poles. The fact that it is not necessary to increase the number of coil windings also leads to the fact that copper loss, which is a major loss when used as a permanent magnet synchronous machine, can be reduced more than before.

また、アキシャルギャップ型とすることで回転電機の軸中心部まで電磁気回路として有効利用できるため、ラジアルギャップ型に比べて小型化を実現できる。また、そもそもトランスバースフラックス式は、コイルエンドが無いため、この点も小型化に有利であり、アキシャルギャップ型の構造と相性がよい。 In addition, the axial gap type can be effectively used as an electromagnetic circuit up to the center of the shaft of the rotary electric machine, so that the size can be reduced as compared with the radial gap type. Further, since the transverse flux type does not have a coil end, this point is also advantageous for miniaturization, and is compatible with the axial gap type structure.

〔第2実施形態〕
次に、本発明を適用した第2実施形態について説明する。
本実施形態は、基本的には第1実施形態と同様に構成されるが、1)固定子鉄心の構成が異なる点と、2)固定子30における固定子鉄心とコイルの機械的結合方法が異なる点と、3)コイル間鉄心層34の回転子鉄心が内側鉄心層33や外側鉄心層35の回転子鉄心よりも、ギャップ面の面積が小さくなっている点と、が異なる。なお、以降では、第1実施形態との差異について主に述べることとし、第1実施形態と同様の構成要素については、第1実施形態と同じ符号を付与して重複する説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment to which the present invention is applied will be described.
This embodiment is basically the same as that of the first embodiment, but 1) the configuration of the stator core is different, and 2) the mechanical coupling method of the stator core and the coil in the stator 30 is different. The difference is that 3) the rotor core of the intercoil core layer 34 has a smaller gap surface area than the rotor core of the inner core layer 33 and the outer core layer 35. In the following, the differences from the first embodiment will be mainly described, and the same components as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals as those of the first embodiment, and duplicate description will be omitted.

先ず、固定子鉄心の構成が異なる点について述べる。
図7は、本実施形態における固定子30Bの構成例を示す、回転軸方向から見た正面図である。なお、固定子鉄心の識別を容易にするために、ハッチングを施している。
First, the points that the configurations of the stator cores are different will be described.
FIG. 7 is a front view showing a configuration example of the stator 30B in the present embodiment as viewed from the direction of the rotation axis. Hatching is applied to facilitate the identification of the stator core.

固定子30Bが有する内側鉄心層33、コイル間鉄心層34、外側鉄心層35の各層の固定子鉄心突極部は、それぞれ周方向に並ぶ3歯を1つの鉄心組36として、1つの鉄心組36で、第1実施形態とは異なる配置間隔パターンである「オフセット配置間隔パターン」を構成している。 The stator core salient poles of each of the inner core layer 33, the intercoil core layer 34, and the outer core layer 35 of the stator 30B have three teeth arranged in the circumferential direction as one core set 36, respectively. At No. 36, an “offset arrangement interval pattern”, which is an arrangement interval pattern different from that of the first embodiment, is configured.

図8は、本実施形態における固定子鉄心突極部の配置間隔パターンを説明するための図である。鉄心組36を構成する3つの固定子鉄心突極部に着目すると、中央の固定子鉄心突極部は、第1実施形態と同様にして、機械角360°を当該鉄心層の全固定子鉄心突極部の数(極対数)で均等割りして決定された配置間隔で配置されている。換言すると、中央の固定子鉄心突極部に設定された、ATF回転電機としての磁気回路を形成するための所定の標準電気角で表される位置にそのまま配置されている。 FIG. 8 is a diagram for explaining an arrangement interval pattern of the stator core salient pole portion in the present embodiment. Focusing on the three stator core salient poles that make up the iron core assembly 36, the central stator core salient pole has a mechanical angle of 360 ° for all stator cores of the core layer in the same manner as in the first embodiment. They are arranged at the arrangement interval determined by evenly dividing by the number of salient poles (number of pole pairs). In other words, it is arranged as it is at a position represented by a predetermined standard electric angle for forming a magnetic circuit as an ATF rotary electric machine, which is set in a central stator core salient pole portion.

対して、鉄心組36を構成する3つの固定子鉄心突極部のうちの左右端の固定子鉄心突極部は、均等割りして決定された配置間隔の位置(図8中では破線表示された位置)から、それぞれ中央の固定子鉄心突極部へ向けて電気角20°だけ近づくように設定されている。換言すると、ATF回転電機としての磁気回路を形成するための所定の標準電気角に対してオフセット角を付与した位置に配置されている。 On the other hand, the stator core salient poles at the left and right ends of the three stator core salient poles constituting the iron core assembly 36 are evenly divided and determined at the positions of the arrangement intervals (dashed lines are displayed in FIG. 8). From the above position), the electric angle is set to approach 20 ° toward the central stator core salient pole. In other words, it is arranged at a position where an offset angle is given to a predetermined standard electric angle for forming a magnetic circuit as an ATF rotary electric machine.

具体的には、図8の例において、内側鉄心層33に着目すると、図に向かって左端の内側層固定子鉄心突極部33tl、中央の内側層固定子鉄心突極部33tm、右端の内側層固定子鉄心突極部33trとで、1つの鉄心組36を構成している。中央の内側層固定子鉄心突極部33tmは、機械角360°を18極対で等分した位置に配置されている。換言すると、1つの鉄心組36の中央の内側層固定子鉄心突極部33tから、隣りの鉄心組36の中央の内側層固定子鉄心突極部33tまで、電気角1080°(=360°×3)を有するように設定されている。 Specifically, in the example of FIG. 8, focusing on the inner core layer 33, the inner layer stator core salient pole portion 33 tl at the left end, the inner inner layer stator core salient pole portion 33 tm at the center, and the inside of the right end toward the figure. The layer stator core salient pole portion 33tr constitutes one iron core assembly 36. The central inner layer stator core salient pole portion 33 tm is arranged at a position where the mechanical angle of 360 ° is equally divided by 18 pole pairs. In other words, the electrical angle is 1080 ° (= 360 ° ×) from the central inner layer stator core salient pole 33t of one iron core assembly 36 to the central inner layer stator core salient pole 33t of the adjacent iron core assembly 36. 3) is set to have.

しかし、左端の内側層固定子鉄心突極部33tlは、機械角360°を18極対で等分した位置から、電気角で20°だけ中央の内側層固定子鉄心突極部33tmへ近づくようにオフセットされた位置へ配置されている。逆に、右端の内側層固定子鉄心突極部33trは、電気角で20°だけ中央の内側層固定子鉄心突極部33tmへ近づくようにオフセットされた位置へ配置されている。 However, the inner layer stator core offset 33 tl at the left end approaches the central inner layer stator core offset 33 tm by 20 ° in electrical angle from the position where the mechanical angle 360 ° is equally divided by 18 pole pairs. It is placed in a position offset to. On the contrary, the inner layer stator core salient pole 33t at the right end is arranged at an offset position so as to approach the inner inner layer stator core salient pole 33tm at the center by 20 ° in electrical angle.

この関係は、コイル間鉄心層34、外側鉄心層35についても同様である。但し、本実施形態における固定子鉄心突極部の径方向の配置関係は、第1実施形態のそれ(図4参照)と同様である。 This relationship is the same for the intercoil core layer 34 and the outer core layer 35. However, the radial arrangement of the stator core salient poles in this embodiment is the same as that in the first embodiment (see FIG. 4).

次に、固定子30における固定子鉄心突極部とコイルの機械的結合方法が異なる点と、コイル間鉄心層34の固定子鉄心突極部が、内側鉄心層33や外側鉄心層35の回転子鉄心よりも、ギャップ面の面積が小さくなっている点について述べる。 Next, the mechanical coupling method between the stator core salient pole portion and the coil in the stator 30 is different, and the stator core salient pole portion of the intercoil core layer 34 rotates the inner core layer 33 and the outer core layer 35. It is described that the area of the gap surface is smaller than that of the core.

図9は、本実施形態における固定子30Bの斜視図であり、部分拡大図である。図9(1)が各鉄心層の回転子鉄心突極部のギャップ面の面積が同じになるように設定した比較用の構成例を示し、図9(2)がコイルを径方向にオフセットし、固定子鉄心突極部を周方向にオフセットした構成例を示している。なお、相対位置関係の理解を容易にするために、固定子の背後に回転子20の一部を描いている。 FIG. 9 is a perspective view of the stator 30B in the present embodiment, and is a partially enlarged view. FIG. 9 (1) shows a configuration example for comparison in which the area of the gap surface of the rotor core salient pole portion of each core layer is set to be the same, and FIG. 9 (2) offsets the coil in the radial direction. , An example of the configuration in which the salient pole portion of the stator core is offset in the circumferential direction is shown. A part of the rotor 20 is drawn behind the stator in order to facilitate understanding of the relative positional relationship.

図9(1)及び(2)に示す様に、先ず、本実施形態の固定子30Bでは、第1コイル部31と、第2コイル部32と、内側鉄心層33と、コイル間鉄心層34と、外側鉄心層35とは、機械的強度に優れた非電導性の支持部39を介して機械的に結合されている。 As shown in FIGS. 9 (1) and 9 (2), first, in the stator 30B of the present embodiment, the first coil portion 31, the second coil portion 32, the inner core layer 33, and the inter-coil core layer 34 And the outer core layer 35 are mechanically coupled to each other via a non-conducting support portion 39 having excellent mechanical strength.

支持部39は、例えば、樹脂モールド、FRP、セラミックによって作成される。第1コイル部31と第2コイル部32は、それぞれ第1環状溝部371、第2環状溝部372に巻き付けられて固定される。内側鉄心層33・コイル間鉄心層34・外側鉄心層35の各層の固定子鉄心突極部(33t、34t、35t)は、支持部39を表裏(軸方向)に貫通する貫通孔に嵌着及び/又は接着される。 The support portion 39 is made of, for example, a resin mold, FRP, or ceramic. The first coil portion 31 and the second coil portion 32 are wound around and fixed to the first annular groove portion 371 and the second annular groove portion 372, respectively. The stator core salient poles (33t, 34t, 35t) of each layer of the inner core layer 33, the intercoil core layer 34, and the outer core layer 35 are fitted into through holes penetrating the support portion 39 in the front and back (axial directions). And / or glued.

図9(1)の構成は、支持部39の有無こそ違えど、基本的には第1実施形態の固定子30と同様となる(元構成)。
対して、本実施形態の固定子30Bは、図9(2)の構成を有する。つまり元構成よりも第1コイル部31が径方向外側に第2コイル部32が径方向内側にオフセットしている。結果、内側鉄心層33・コイル間鉄心層34・外側鉄心層35の各層の固定子鉄心突極部(33t、34t、35t)のギャップ面(軸方向から見た面)の面積を比較すると、コイル間鉄心層34のコイル間層固定子鉄心突極部34tの面積は、内側鉄心層33の内側層固定子鉄心突極部33tや外側鉄心層35の外側層固定子鉄心突極部35tのそれのほぼ1/2程度となるように設定されている。
The configuration of FIG. 9 (1) is basically the same as that of the stator 30 of the first embodiment (original configuration), although the presence or absence of the support portion 39 is different.
On the other hand, the stator 30B of the present embodiment has the configuration of FIG. 9 (2). That is, the first coil portion 31 is offset radially outward and the second coil portion 32 is offset radially inward from the original configuration. As a result, when comparing the areas of the gap surfaces (surfaces seen from the axial direction) of the stator core salient poles (33t, 34t, 35t) of each layer of the inner core layer 33, the intercoil core layer 34, and the outer core layer 35, The area of the coil-to-coil stator core salient pole portion 34t of the coil-to-coil core layer 34 is the inner layer stator core salient pole portion 33t of the inner core layer 33 and the outer layer stator core salient pole portion 35t of the outer core layer 35. It is set to be about half of that.

図10は、磁界解析の結果を示すグラフであって、固定子の構成違いによる本実施形態のATF回転電機10によるトルクの計算結果を示している。当該グラフが示すように本実施形態の固定子30B(第1コイル部31を径方向へオフセット+固定子鉄心突極部の周方向オフセット:図10の実線グラフ)を採用すると、第1実施形態の固定子30相当の元構成(図10の点線グラフ)よりもトルク変動を抑制できることがわかる。同様に、本実施形態の固定子30Bを採用すると、コイルの径方向オフセットのみを採用した構成(図10の破線グラフ)よりも、トルク変動を抑制できることがわかる。 FIG. 10 is a graph showing the result of the magnetic field analysis, and shows the calculation result of the torque by the ATF rotary electric machine 10 of the present embodiment due to the difference in the configuration of the stator. As shown in the graph, when the stator 30B of the present embodiment (the first coil portion 31 is radially offset + the circumferential offset of the stator core salient pole portion: the solid line graph in FIG. 10) is adopted, the first embodiment is adopted. It can be seen that the torque fluctuation can be suppressed as compared with the original configuration (dotted line graph in FIG. 10) corresponding to the stator 30 of the above. Similarly, it can be seen that when the stator 30B of the present embodiment is adopted, torque fluctuation can be suppressed as compared with the configuration (broken line graph in FIG. 10) in which only the radial offset of the coil is adopted.

図11は、同じく磁界解析の結果を示すグラフであるが、固定子鉄心突極部の周方向オフセット量を変更した場合のトルクの計算結果を示している。当該グラフが示すように、隣接する固定子鉄心突極部の3歯を「プラス20°・0°・マイナス20°」オフセットすることで(太実線グラフ)、他の構成よりもトルク変動を低減できていることがわかる。 FIG. 11 is also a graph showing the result of the magnetic field analysis, and shows the calculation result of the torque when the circumferential offset amount of the stator core salient pole portion is changed. As shown in the graph, by offsetting the three teeth of the adjacent stator core salient poles by "plus 20 °, 0 °, minus 20 °" (thick solid line graph), torque fluctuation is reduced compared to other configurations. You can see that it is done.

本実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果が得られるとともに、更にATF回転電機10をモータとして使用した場合のトルク変動を抑制することができる。 According to this embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained, and torque fluctuation when the ATF rotary electric machine 10 is used as a motor can be further suppressed.

〔変形例〕
以上、本発明を適用した実施形態について説明したが、本発明を適用可能な形態は上記形態に限定されるものではなく適宜構成要素の追加・省略・変更を施すことができる。
[Modification example]
Although the embodiment to which the present invention is applied has been described above, the embodiment to which the present invention is applied is not limited to the above-mentioned embodiment, and components can be added, omitted, or changed as appropriate.

[その1]
例えば、回転子20の構成は、図12の何れかの構成を採用することもできる。
図12は、回転子20の構成の変形例を説明するための図であって、軸方向から見た回転子の側面を正面として周方向-軸方向の直交座標上に展開表示したものである。上記実施形態の図3に相当する。永久磁石22の中に描いた短い矢印は磁化方向を示している。なお、便宜上、永久磁石22、回転子鉄心24などの数を限定して描いているが、本発明の実施形態がこれに限定されるものではない。また、図12の各図において、回転子20B,20C,20D,20Eは,上側を固定子30に向けて配置される。
[Part 1]
For example, as the configuration of the rotor 20, any configuration of FIG. 12 can be adopted.
FIG. 12 is a diagram for explaining a modified example of the configuration of the rotor 20, and is expanded and displayed on orthogonal coordinates in the circumferential direction and the axial direction with the side surface of the rotor viewed from the axial direction as the front surface. .. Corresponds to FIG. 3 of the above embodiment. A short arrow drawn in the permanent magnet 22 indicates the magnetization direction. For convenience, the number of permanent magnets 22, rotor cores 24, and the like is limited, but the embodiments of the present invention are not limited thereto. Further, in each figure of FIG. 12, the rotors 20B, 20C, 20D, and 20E are arranged with the upper side facing the stator 30.

図12(1)の回転子20Bの構成では、第1実施形態の回転子20の構成から永久磁石22を省略して、回転子鉄心24を磁路部26で連結した構成とし、リラクタンスモータの回転子として構成している。回転子鉄心24がティース(歯)部として機能し、回転子鉄心24の間がスロットとして機能する。磁路部26は、例えば、回転子20と同形の薄板状のドーナツ型で回転子鉄心24と一体に成形されているとしてもよい。 In the configuration of the rotor 20B of FIG. 12 (1), the permanent magnet 22 is omitted from the configuration of the rotor 20 of the first embodiment, and the rotor core 24 is connected by the magnetic path portion 26 to form a reluctance motor. It is configured as a rotor. The rotor core 24 functions as a tooth portion, and the space between the rotor cores 24 functions as a slot. The magnetic path portion 26 may be, for example, a thin plate-shaped donut shape having the same shape as the rotor 20 and integrally molded with the rotor core 24.

図12(2)の回転子20Cの構成は、第1実施形態の回転子20の構成に、磁路部26を追加した構成である。換言すると、永久磁石埋め込み型の構成を採用することもできる。ただし、磁化方向は第1実施形態の回転子20とは異なる。 The configuration of the rotor 20C in FIG. 12 (2) is a configuration in which the magnetic path portion 26 is added to the configuration of the rotor 20 of the first embodiment. In other words, a permanent magnet embedded type configuration can also be adopted. However, the magnetization direction is different from that of the rotor 20 of the first embodiment.

図12(3)の回転子20Dの構成では、磁路部26を追加するとともに、永久磁石22の外側にも第2鉄心部27を追加する。更に、永久磁石22と回転子鉄心24との間にエアギャップを設けている。 In the configuration of the rotor 20D of FIG. 12 (3), the magnetic path portion 26 is added, and the second iron core portion 27 is also added to the outside of the permanent magnet 22. Further, an air gap is provided between the permanent magnet 22 and the rotor core 24.

図12(4)の回転子20Eの構成では、第1実施形態の回転子20の構成から永久磁石22の軸方向寸法を小さくし、空いた空間に回転子鉄心24を広げている。このようにすることで回転子鉄心24の表面がリラクタンスモータのティースおよび磁路部として機能する。 In the configuration of the rotor 20E of FIG. 12 (4), the axial dimension of the permanent magnet 22 is reduced from the configuration of the rotor 20 of the first embodiment, and the rotor core 24 is expanded in the vacant space. By doing so, the surface of the rotor core 24 functions as a tooth and a magnetic path portion of the reluctance motor.

[その2]
また、上記実施形態では、固定子30、30Bを図13(1)に示す「鉄心3相巻線2相」の構成としたが、図13(2)~図13(4)に示す構成を採用することもできる。
すなわち、図13(2)に示すように、固定子30、30Bを「鉄心3相巻線3相」とすることもできる。図13(3)に示すように、固定子30、30Bを「鉄心6相巻線5相」とすることもできる。図13(4)に示すように、固定子30、30Bを「鉄心6相巻線6相」とすることもできる。
[Part 2]
Further, in the above embodiment, the stators 30 and 30B have the configuration of the “iron core three-phase winding two-phase” shown in FIG. 13 (1), but the configurations shown in FIGS. 13 (2) to 13 (4) are used. It can also be adopted.
That is, as shown in FIG. 13 (2), the stators 30 and 30B may be "iron core three-phase winding three-phase". As shown in FIG. 13 (3), the stators 30 and 30B may be "iron core 6-phase winding 5-phase". As shown in FIG. 13 (4), the stators 30 and 30B may be "iron core 6-phase winding 6-phase".

図13(2)の「鉄心3相巻線3相」とする構成では、三相不均衡を低減して、トルクリップルを更に抑制することが期待できる。当該構成を第1実施形態に採用した場合の固定子における固定子鉄心の配置間隔パターンは、例えば図14のように設定することができる。 In the configuration of the "iron core 3-phase winding 3-phase" shown in FIG. 13 (2), it can be expected that the three-phase imbalance is reduced and the torque ripple is further suppressed. The arrangement interval pattern of the stator cores in the stator when the configuration is adopted in the first embodiment can be set as shown in FIG. 14, for example.

図14は、図4と同様に描かれている。図14に示すように、「鉄心3相巻線3相」の固定子は、第1コイル部31と、第2コイル部32と、第3コイル部38との3の巻線部を備え、内側鉄心層33と外側鉄心層35との間に、第1コイル間層34aと第2コイル間層34bとの2つの鉄心層が設けられることになる。但し、突極部35tと突極部33tのギャップ面の面積は突極部34tの半分として3相平衡が実現されるようにする。 FIG. 14 is drawn in the same manner as in FIG. As shown in FIG. 14, the stator of the "iron core 3-phase winding 3-phase" includes three winding portions of a first coil portion 31, a second coil portion 32, and a third coil portion 38. Two core layers, a first intercoil layer 34a and a second coil interlayer 34b, are provided between the inner core layer 33 and the outer core layer 35. However, the area of the gap surface between the salient pole portion 35t and the salient pole portion 33t is set to half of the salient pole portion 34t so that three-phase equilibrium is realized.

[その3]
また、上記実施形態では固定子鉄心の歯をオフセットさせてトルク脈動を低減しているが、オフセットを行う代わりに固定子鉄心にスキュー(Skew)を加えて、トルク脈動を低減することとしてもよい。図15は、上記実施形態に適用可能なスキューの考え方の例を示す図である。図15は、図4と同じ表記方法により描かれている。すなわち、回転子20が回転したと仮定した場合に、永久磁石22が図の左から右に相対的に流れることで、各固定子鉄心に流れる磁束の位相を表している(U-V,V-W、W-U間でそれぞれ120°の位相差)。
[Part 3]
Further, in the above embodiment, the teeth of the stator core are offset to reduce the torque pulsation, but instead of offsetting, a skew may be added to the stator core to reduce the torque pulsation. .. FIG. 15 is a diagram showing an example of the concept of skew applicable to the above embodiment. FIG. 15 is drawn in the same notation as FIG. That is, assuming that the rotor 20 is rotated, the permanent magnets 22 flow relatively from the left to the right in the figure, thereby representing the phase of the magnetic flux flowing through each stator core (UV, V). -Phase difference of 120 ° between W and W-U, respectively).

図15(1)で示す例では、各固定子鉄心の周方向両端部それぞれに、外向きの電気角120°のスキューを設けている。そして、回転軸径方向位置における、外側層固定子鉄心35tの厚さAnと、コイル間層固定子鉄心34tの厚さBnと、内側層固定子鉄心33tの厚さCnと、の合計(n=1,2,…:周方向の任意位置)が常に一定となるように構成している。例えば、図15(1)において、厚さA1+B1+C1=厚さA2+B2(=0)+C2となる。当該構成では、トルク脈動を6.4%程度に抑制することができる。 In the example shown in FIG. 15 (1), skews having an outward electric angle of 120 ° are provided at both ends in the circumferential direction of each stator core. Then, the total (n) of the thickness An of the outer layer stator core 35t, the thickness Bn of the coil-to-coil layer stator core 34t, and the thickness Cn of the inner layer stator core 33t at the position in the radial direction of the rotation shaft. = 1, 2, ...: Arbitrary position in the circumferential direction) is always constant. For example, in FIG. 15 (1), the thickness A1 + B1 + C1 = thickness A2 + B2 (= 0) + C2. With this configuration, torque pulsation can be suppressed to about 6.4%.

図15(2)で示す例では、各固定子鉄心の周方向両端部それぞれに、外向きの電気角60°のスキューを設ける。そして、周方向両端部のスキュー間の相対電気角度180°の位置における外側層固定子鉄心35tの厚さとコイル間層固定子鉄心34tの厚さの和Aと、コイル間層固定子鉄心34tの厚さと内側層固定子鉄心33tの厚さの和Bと、の合計が常に一定となるように構成している。当該構成では、トルク脈動を3.4%程度に抑制することができる。 In the example shown in FIG. 15 (2), an outward skew with an electric angle of 60 ° is provided at both ends of each stator core in the circumferential direction. Then, the sum A of the thickness of the outer layer stator core 35t and the thickness of the coil interlayer stator core 34t at the position of the relative electric angle of 180 ° between the skews at both ends in the circumferential direction, and the coil interlayer stator core 34t. The sum B of the thickness and the thickness of the inner layer stator core 33t is always constant. With this configuration, torque pulsation can be suppressed to about 3.4%.

図15(3)で示す例では、各固定子鉄心の周方向両端部それぞれに、内向きの電気角60°のスキューを設ける。そして、内側層固定子鉄心33tの周方向両端部のすぐ外側にはコイル間層固定子鉄心34tの何れかの周方向両端部が位置し、コイル間層固定子鉄心34tの周方向両端部のすぐ外側には外側層固定子鉄心35tの何れかの周方向両端部が位置するように構成されている。当該構成でもトルク脈動を効果的に抑制することができる。 In the example shown in FIG. 15 (3), a skew with an inward electrical angle of 60 ° is provided at both ends of each stator core in the circumferential direction. Then, both ends in the circumferential direction of any of the intercoil layer stator cores 34t are located just outside the both ends in the circumferential direction of the inner layer stator core 33t, and both ends in the circumferential direction of the intercoil layer stator core 34t are located. It is configured so that either end of the outer layer stator core 35t in the circumferential direction is located immediately outside. Even with this configuration, torque pulsation can be effectively suppressed.

10…ATF回転電機
11…第1組
12…第2組
13…第3組
19…回転軸
20…回転子
22…永久磁石
24…回転子鉄心
30…固定子
31…第1コイル部
32…第2コイル部
33…内側鉄心層
33t…内側層固定子鉄心
34…コイル間鉄心層
34t…コイル間層固定子鉄心
35…外側鉄心層
35t…外側層固定子鉄心
10 ... ATF rotary electric machine 11 ... 1st set 12 ... 2nd set 13 ... 3rd set 19 ... Rotor shaft 20 ... Rotor 22 ... Permanent magnet 24 ... Rotor iron core 30 ... Stator 31 ... 1st coil part 32 ... No. 2 Coil part 33 ... Inner core layer 33t ... Inner layer stator core 34 ... Inter-coil core layer 34t ... Inter-coil layer stator core 35 ... Outer core layer 35t ... Outer layer stator core

Claims (10)

回転軸の軸方向に固定子と回転子とを対向させて配置したアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機であって、
前記固定子は、
前記回転軸を中心として同心円状に配置された径が異なる複数のコイル部と、
最小径の前記コイル部の内側層、半径方向に隣り合う前記コイル部間のコイル間層、および最大径の前記コイル部の外側層、の各層において、トランスバースフラックス式回転電機としての磁気回路を形成可能な所定の配置間隔パターンで周方向に固定子鉄心突極部が離散的に配置された鉄心層と、
を有し、
前記回転子は、
対向する前記複数のコイル部および前記鉄心層にわたる半径方向に所定の長さを有する永久磁石と回転子鉄心とを周方向に交互に配置して有し、
前記配置間隔パターンは、周方向に隣り合う3つの前記固定子鉄心突極部を1つの鉄心組とする配置間隔パターンであって、各鉄心組について、当該3つのうちの中央の前記固定子鉄心突極部を、機械角360°を前記鉄心層の極対数で均等割りした位置である標準電気角の位置とした場合に、左右の前記固定子鉄心突極部を、前記標準電気角に対して所定のオフセット角分、中央の前記固定子鉄心突極部に寄せた位置とする配置間隔パターンである、
アキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機。
An axial gap type transverse flux type rotary electric machine in which the stator and rotor are arranged so as to face each other in the axial direction of the rotating shaft.
The stator is
A plurality of coil portions having different diameters arranged concentrically around the axis of rotation, and
A magnetic circuit as a transverse flux type rotary electric machine is provided in each layer of the inner layer of the coil portion having the minimum diameter, the intercoil layer between the coil portions adjacent to each other in the radial direction, and the outer layer of the coil portion having the maximum diameter. An iron core layer in which stator core salient poles are discretely arranged in the circumferential direction with a predetermined arrangement interval pattern that can be formed, and
Have,
The rotor is
The plurality of coil portions facing each other and the permanent magnets having a predetermined length in the radial direction over the iron core layer and the rotor core are alternately arranged in the circumferential direction.
The arrangement interval pattern is an arrangement interval pattern in which three stator core salient poles adjacent to each other in the circumferential direction are used as one core set, and for each core set, the center of the three stator cores. When the salient pole portion is set to the position of the standard electric angle which is the position where the mechanical angle 360 ° is evenly divided by the number of pole pairs of the iron core layer, the left and right stator core salient pole portions are set with respect to the standard electric angle. This is an arrangement interval pattern in which the position is close to the stator core salient pole in the center by a predetermined offset angle.
Axial gap type transverse flux type rotary electric machine.
前記固定子を前記回転軸の軸方向に挟むように配置された2つの前記回転子であって、前記固定子を対称面と見立てた場合に前記永久磁石および前記回転子鉄心の配置位置が面対称となるように構成された2つの前記回転子、
を備えた請求項1に記載のアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機。
The two rotors are arranged so as to sandwich the stator in the axial direction of the rotation axis, and when the stator is regarded as a plane of symmetry, the positions of the permanent magnet and the rotor core are arranged on the surface. The two rotors configured to be symmetrical,
The axial gap type transverse flux type rotary electric machine according to claim 1.
前記永久磁石は、磁化方向が周方向であり、且つ、周方向に隣り合う前記永久磁石の磁化方向が正逆交互になるように配置されており、
前記2つの回転子において、前記面対称となる位置にある前記永久磁石の磁化方向が反対になるように配置された、
請求項2に記載のアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機。
The permanent magnets are arranged so that the magnetization directions are circumferential and the magnetization directions of the permanent magnets adjacent to each other in the circumferential direction alternate between forward and reverse.
In the two rotors, the permanent magnets at the plane-symmetrical positions are arranged so that the magnetization directions are opposite to each other.
The axial gap type transverse flux type rotary electric machine according to claim 2.
1つの前記固定子と当該固定子を挟むように配置された前記2つの回転子とを1組として、前記回転軸の軸方向に複数組配置した、
請求項2又は3に記載のアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機。
A plurality of sets of the stator and the two rotors arranged so as to sandwich the stator are arranged in the axial direction of the rotation axis as one set.
The axial gap type transverse flux type rotary electric machine according to claim 2 or 3.
各組の前記回転子は、軸方向において前記永久磁石および前記回転子鉄心の配置位置が揃えて構成され、
各組の前記固定子は、軸方向において前記固定子鉄心突極部の配置位置が周方向に所定の電気角分ずらして構成されている、
請求項4に記載のアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機。
The rotors of each set are configured so that the permanent magnets and the rotor cores are aligned in the axial direction.
The stator of each set is configured such that the arrangement position of the stator core salient pole portion is shifted in the circumferential direction by a predetermined electric angle in the axial direction.
The axial gap type transverse flux type rotary electric machine according to claim 4.
1つの前記固定子と当該固定子を挟むように配置された前記2つの回転子とを1組として、前記回転軸の軸方向に複数組配置し、
各組の前記回転子は、
1)軸方向において前記永久磁石および前記回転子鉄心の配置位置が揃えて構成され、
且つ、
2)配置位置が揃えて構成された永久磁石の磁化方向が、a)軸方向に隣り合う組の一方の組における前記2つの回転子に係る前記面対称となる位置にある前記永久磁石の磁化方向の組み合わせと、b)他方の組における前記2つの回転子に係る前記面対称となる位置における前記永久磁石の磁化方向の組み合わせとで、反対になるように構成され、
各組の前記固定子は、軸方向において前記固定子鉄心突極部の配置位置が周方向に所定の電気角分ずらして構成されている、
請求項3に記載のアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機。
A plurality of sets of the stator and the two rotors arranged so as to sandwich the stator are arranged in the axial direction of the rotation axis as one set.
The rotor of each set is
1) The permanent magnet and the rotor core are arranged in the same axial direction.
and,
2) The magnetization direction of the permanent magnets configured by aligning the arrangement positions is a) the magnetization of the permanent magnets at positions that are plane-symmetrical with respect to the two rotors in one set of adjacent sets in the axial direction. The combination of directions and b) the combination of the magnetization directions of the permanent magnets at the plane-symmetrical positions of the two rotors in the other set are configured to be opposite.
The stator of each set is configured such that the arrangement position of the stator core salient pole portion is shifted in the circumferential direction by a predetermined electric angle in the axial direction.
The axial gap type transverse flux type rotary electric machine according to claim 3.
回転軸の軸方向に固定子と回転子とを対向させて配置したアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機であって、
前記固定子は、
前記回転軸を中心として同心円状に配置された径が異なる複数のコイル部と、
最小径の前記コイル部の内側層、半径方向に隣り合う前記コイル部間のコイル間層、および最大径の前記コイル部の外側層、の各層において、トランスバースフラックス式回転電機としての磁気回路を形成可能な所定の配置間隔パターンで周方向に固定子鉄心突極部が離散的に配置された鉄心層と、
を有し、
前記回転子は、
対向する前記複数のコイル部および前記鉄心層にわたる半径方向に所定の長さを有する永久磁石と回転子鉄心とを周方向に交互に配置して有し、
前記固定子を前記回転軸の軸方向に挟むように配置された2つの前記回転子であって、前記固定子を対称面と見立てた場合に前記永久磁石および前記回転子鉄心の配置位置が面対称となるように構成された2つの前記回転子を備え、
前記永久磁石は、磁化方向が周方向であり、且つ、周方向に隣り合う前記永久磁石の磁化方向が正逆交互になるように配置されており、
前記2つの回転子において、前記面対称となる位置にある前記永久磁石の磁化方向が反対になるように配置され、
1つの前記固定子と当該固定子を挟むように配置された前記2つの回転子とを1組として、前記回転軸の軸方向に複数組配置し、
各組の前記回転子は、
1)軸方向において前記永久磁石および前記回転子鉄心の配置位置が揃えて構成され、
且つ、
2)配置位置が揃えて構成された永久磁石の磁化方向が、a)軸方向に隣り合う組の一方の組における前記2つの回転子に係る前記面対称となる位置にある前記永久磁石の磁化方向の組み合わせと、b)他方の組における前記2つの回転子に係る前記面対称となる位置における前記永久磁石の磁化方向の組み合わせとで、反対になるように構成され、
各組の前記固定子は、軸方向において前記固定子鉄心突極部の配置位置が周方向に所定の電気角分ずらして構成されている、
アキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機。
An axial gap type transverse flux type rotary electric machine in which the stator and rotor are arranged so as to face each other in the axial direction of the rotating shaft.
The stator is
A plurality of coil portions having different diameters arranged concentrically around the axis of rotation, and
A magnetic circuit as a transverse flux type rotary electric machine is provided in each layer of the inner layer of the coil portion having the minimum diameter, the intercoil layer between the coil portions adjacent to each other in the radial direction, and the outer layer of the coil portion having the maximum diameter. An iron core layer in which stator core salient poles are discretely arranged in the circumferential direction with a predetermined arrangement interval pattern that can be formed, and
Have,
The rotor is
The plurality of coil portions facing each other and the permanent magnets having a predetermined length in the radial direction over the iron core layer and the rotor core are alternately arranged in the circumferential direction.
The two rotors are arranged so as to sandwich the stator in the axial direction of the rotation axis, and when the stator is regarded as a plane of symmetry, the positions of the permanent magnet and the rotor core are arranged on the surface. With the two rotors configured to be symmetrical,
The permanent magnets are arranged so that the magnetization directions are circumferential and the magnetization directions of the permanent magnets adjacent to each other in the circumferential direction alternate between forward and reverse.
In the two rotors, the permanent magnets at the plane-symmetrical positions are arranged so that the magnetization directions are opposite to each other.
A plurality of sets of the stator and the two rotors arranged so as to sandwich the stator are arranged in the axial direction of the rotation axis as one set.
The rotor of each set is
1) The permanent magnet and the rotor core are arranged in the same axial direction.
and,
2) The magnetization direction of the permanent magnets configured by aligning the arrangement positions is a) the magnetization of the permanent magnets at positions that are plane-symmetrical with respect to the two rotors in one set of adjacent sets in the axial direction. The combination of directions and b) the combination of the magnetization directions of the permanent magnets at the plane-symmetrical positions of the two rotors in the other set are configured to be opposite.
The stator of each set is configured such that the arrangement position of the stator core salient pole portion is shifted in the circumferential direction by a predetermined electric angle in the axial direction.
Axial gap type transverse flux type rotary electric machine.
前記固定子は、小径および大径の2つの前記コイル部を有し、前記鉄心層である前記内側層と前記コイル間層の間および前記コイル間層と前記外側層の間にそれぞれ電気角で120°の位相差が生じるように前記固定子鉄心突極部を配置し、
前記2つのコイル部が、V結線された、
請求項1~の何れか一項に記載のアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機。
The stator has two coil portions having a small diameter and a large diameter, and has an electrical angle between the inner layer and the intercoil layer and between the coil interlayer and the outer layer, which are the iron core layers, respectively. The stator core salient pole portion is arranged so that a phase difference of 120 ° occurs.
The two coil portions are V-connected.
The axial gap type transverse flux type rotary electric machine according to any one of claims 1 to 7 .
回転軸の軸方向に固定子と回転子とを対向させて配置したアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機であって、
前記固定子は、
前記回転軸を中心として同心円状に配置された径が異なる複数のコイル部と、
最小径の前記コイル部の内側層、半径方向に隣り合う前記コイル部間のコイル間層、および最大径の前記コイル部の外側層、の各層において、トランスバースフラックス式回転電機としての磁気回路を形成可能な所定の配置間隔パターンで周方向に固定子鉄心突極部が離散的に配置された鉄心層と、
を有し、
前記回転子は、
対向する前記複数のコイル部および前記鉄心層にわたる半径方向に所定の長さを有する永久磁石と回転子鉄心とを周方向に交互に配置して有し、
前記固定子は、小径および大径の2つの前記コイル部を有し、前記鉄心層である前記内側層と前記コイル間層の間および前記コイル間層と前記外側層の間にそれぞれ電気角で120°の位相差が生じるように前記固定子鉄心突極部を配置し、
前記2つのコイル部が、V結線された、
アキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機。
An axial gap type transverse flux type rotary electric machine in which the stator and rotor are arranged so as to face each other in the axial direction of the rotating shaft.
The stator is
A plurality of coil portions having different diameters arranged concentrically around the axis of rotation, and
A magnetic circuit as a transverse flux type rotary electric machine is provided in each layer of the inner layer of the coil portion having the minimum diameter, the intercoil layer between the coil portions adjacent to each other in the radial direction, and the outer layer of the coil portion having the maximum diameter. An iron core layer in which stator core salient poles are discretely arranged in the circumferential direction with a predetermined arrangement interval pattern that can be formed, and
Have,
The rotor is
The plurality of coil portions facing each other and the permanent magnets having a predetermined length in the radial direction over the iron core layer and the rotor core are alternately arranged in the circumferential direction.
The stator has two coil portions having a small diameter and a large diameter, and has an electrical angle between the inner layer and the intercoil layer and between the coil interlayer and the outer layer, which are the iron core layers, respectively. The stator core salient pole portion is arranged so that a phase difference of 120 ° occurs.
The two coil portions are V-connected.
Axial gap type transverse flux type rotary electric machine.
前記固定子は、小径および大径の2つの前記コイル部を有し、前記鉄心層である前記内側層と前記コイル間層の間および前記コイル間層と前記外側層の間にそれぞれ電気角で120°の位相差が生じるように前記固定子鉄心突極部を配置することで、前記鉄心層である前記内側層、前記コイル間層および前記外側層に三相の磁束ベクトルを生じさせるように構成され、
前記複数組は、軸方向に第1組~第3組までの3組であり、
前記第1組と第2組の固定子間および前記第2組と前記第3組の固定子間にそれぞれ電気角で300°の位相差が生じるように前記複数組の固定子が配置され、
前記3組の前記コイル部は、
小径のコイル部の他端同士が接続されて中性点が構成され、
第1組の小径のコイル部の一端と第3組の大径のコイル部の他端とが接続され、
第2組の小径のコイル部の一端と第1組の大径のコイル部の他端とが接続され、
第3組の小径のコイル部の一端と第2組の大径のコイル部の他端とが接続され、
大径のコイル部の一端それぞれが、回転電機の3相の端子に接続された、
請求項6又は7に記載のアキシャルギャップ型トランスバースフラックス式回転電機。
The stator has two coil portions having a small diameter and a large diameter, and has an electric angle between the inner layer and the intercoil layer and between the coil interlayer and the outer layer, which are the iron core layers, respectively. By arranging the stator core salient pole portion so as to generate a phase difference of 120 °, a three-phase magnetic flux vector is generated in the inner layer, the intercoil layer, and the outer layer, which are the core layers. Configured,
The plurality of sets are three sets from the first set to the third set in the axial direction.
The plurality of sets of stators are arranged so that a phase difference of 300 ° is generated between the stators of the first set and the second set and between the stators of the second set and the third set, respectively.
The three sets of the coil portions are
The other ends of the small-diameter coil are connected to each other to form a neutral point.
One end of the small diameter coil part of the first set and the other end of the large diameter coil part of the third set are connected.
One end of the second set of small diameter coil parts and the other end of the first set of large diameter coil parts are connected.
One end of the third set of small diameter coil parts and the other end of the second set of large diameter coil parts are connected.
Each end of the large-diameter coil part was connected to the three-phase terminal of the rotary electric machine.
The axial gap type transverse flux type rotary electric machine according to claim 6 or 7 .
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